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汽車自動啟停系統對電源的影響及非同步升壓轉換器方案
時間:2014-07-12  來源:  作者:

如今,汽車用戶越來越關注油耗,期望節省燃油支出,而這也能幫助減少對環境的影響。為了了配合此趨勢,汽車制造商們紛紛采用各種途徑來降低油耗,其中一種途徑就是在新車型中應用自動“啟動/停止”(Start/Stop)功能,幫助降低油耗。

  所謂自動啟停功能,就是汽車因為堵車或等紅燈而停下來時,這些創新的系統自動關閉發動機(熄火);而當駕駛人的腳從剎車踏板移向油門踏板時,就自動重新啟動發動機(點火)。這就幫助降低市區駕車及停停走走式交通繁忙期時不必要的油耗,降低排放。

  自動啟停系統對汽車電源系統的影響及常見電源方案

  但這樣的創新系統也為汽車電子設計帶來一些獨特挑戰。因為當發動機重新啟動時,電池電壓可能驟降至6.0 V甚至更低。傳統汽車電源架構中,典型電子模塊包含反極性二極管,用于在汽車跳接啟動(jump started)而跳接線纜反向的事件中保護電子電路。保護電路本身產生壓降,使下游電路電壓僅為5.5 V或更低。由于許多模塊仍要求5 V供電,過低的壓差使降壓電源沒有足夠余量來正常工作。因此,傳統的汽車電源架構不適用于自動啟停系統。
 要為自動啟停系統選擇適當的電源架構,常見的方案有三種(見圖2)。一種方案是采用低壓降(LDO)線性穩壓器,或是低壓降開關電源。另一種方案是采用升降壓電源作為初級電源。第三種方案是在初級高壓降壓電源之前,采用前置升壓電源。
安森美半導體用于啟停系統的改進型前置升壓電源方案——NCV8876

  安森美半導體應用于汽車自動啟停系統的非同步升壓控制器NCV8876,主要用于在汽車自動啟停時為后續電路提供足夠的工作電壓。它是一種改進型的前置升壓電源方案。

  NCV8876驅動外部N溝道MOSFET,使用內部斜坡補償的峰值電流模式控制,集成了內部穩壓器,為門極驅動器提供電荷。NCV8876采用2 V至45 V輸入電壓工作,能夠在冷啟動及45 V負載突降情況下工作。NCV8876在休眠模式下的靜態電流典型值僅為11 μA,適應汽車應用的低靜態電流要求。它在寬溫度范圍下提供±2%的輸出電壓精度。NCV8876采用SOIC8微型封裝,工作溫度范圍-40℃至150℃,能夠適應汽車應用的嚴格要求。
NCV8876具有狀態(STATUS)監測功能,能為微控制器提供工作狀態信息。當工作狀態為低電平時,NCV887工作;高電平時,NCV8876休眠。這器件可以透過外部電阻RDSC設定頻率。它還可內部設定限流值、最大占空比等多項參數。NCV8876集成了多種保護功能,如逐周期限流保護、斷續模式過流保護及過熱關閉等。其它特性包括:峰值電流檢測、最小COMP電壓鉗位可提高切換時的響應速度等。總的來看,NCV8876應用電路簡單,成本低,非常適合汽車啟停系統應用。

  NCV8876工作原理

  NCV8876改進型前置升壓電源方案的原理是:電池電壓正常時,NCV8876進入休眠模式,僅消耗極低的靜態電流(典型值《 11 μA);而當電池電壓降至設定電壓時,NCV8876自動喚醒,開始升壓工作。

  具體而言,當汽車電池供電電壓下降到低于7.3 V(可工廠預設)時,NCV8876自動啟用;而當電池電壓降至低于6.8V時,NCV8876啟用升壓工作。因此,NCV8876可以保障后續電路有足夠的余量來恰當地進行降壓工作,供下游系統使用。
安森美半導體基于NCV8876的演示電路板測試顯示,在輸入電壓最低2.6 V條件下,輸出電壓為6.8 V,輸出電流為3.6 A,能夠使后續降壓轉換器恰當工作,并為下游系統供電。
 總結:

  汽車自動啟停系統幫助降低油耗及廢氣排放,但此創新功能也帶來獨特的工程設計挑戰。本文介紹了安森美半導體的最新前置升壓電源方案NCV8876的功能特點及工作原理,幫助設計人員應用這非同步升壓控制器,為創新的汽車自動啟停系統開發簡單、低成本的電源方案。


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